Полное магнетосопротивление ферромагнетиков (стр. 5 из 9)

Указанный эффект не зависит от внешнего магнитного состояния ферромагнетика и наблюдается как в присутствии, так и в отсутствие внешнего магнитного поля. Это объясняется тем, что здесь мы имеем дело не с магнитным явлением, а с действием на электроны проводимости изотропного обменного взаимодействия электронов незаполненных оболочек атомов ферромагнетика.

Аномалия другого гальваномагнитного явления, заключающаяся в зависимости поперечной электродвижущей силы ферромагнетика от результирующей намагниченности образца, а не от внешнего магнитного поля, была окончательно установлена в опытах И. К. Кикоина в 1936 г. (явление Xолла — Кикоина). (25)

§ 2 ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ В ОБЛАСТИ ВРАЩЕНИЯ И СМЕЩЕНИЯ

Пусть ферромагнитный металл помещен в магнитное поле, меньшее, чем поле насыщения (H<H_s). Величины возникающих при этом изменений электросопротивления и термоэлектродвижущей силы можно было бы определить, если бы была известна функция распределения I_s областей, соответствующая намагниченности I < I₀, создаваемой полем Н.

Рис. 8. Зависимость термомагнитного эффекта никеля от квадрата намагниченности

На рис. 8 и 9 приведены результаты измерений термомагнитного эффекта в поликристаллическом никеле по работе Волкова (33) и гальваномагнитного эффекта для железа по работе Феденева (34). На рис. 8 по оси ординат отложены величины изменений термоэлектродвижущей силы в магнитном поле, отнесенные к градиенту температуры в исследуемом образце, а на рис. 9 — относительное изменение электросопротивления образца при включении поля. Из этих данных видно, что в согласии с теоретическими выводами в слабых полях оба эффекта линейно зависят от I²некотором поле, которому соответствует при намагничивании смена процесса смещения процессом вращения, имеет место резкий излом прямой.

Этот излом наблюдается только у хорошо отожженных материалов; в случае наличия в металле неоднородных напряжений область, в которой происходит смена смещения вращением, «размазывается» на более широкий интервал полей, и резкого излома не наблюдается.

Рис. 9. Зависимость гальваномагнитного эффекта железа от квадрата намагниченности

Из рис. 8 и 9 видно, что в области смещения гальвано- и термомагнитные Эффекты растут менее интенсивно, чем в области вращения. Для объяснения этого факта нужно принять во внимание следующее. В слабых полях рост намагниченности происходит за счет (смещение границ между областями с антипараллельными векторами I_s) и изменения направлений областей на угол, меньший, чем 180° (смещение границ между областями, моменты которых находятся под углом, отличным от 180°). Первый процесс в силу «четности» гальвано- и термомагнитных эффектов не дает изменения электросопротивления и термоэлектродвижущей силы, и, следовательно, последние в основном изменяются здесь за счет второго процесса. В зависимости от того, какую долю в намагничивании ферромагнетика составляют ориентации I_sобластей на 180° и на угол, меньший, чем 180°, мы можем получить малые или большие величины изменения электросопротивления и термоэлектродвижущей силы на участках кривых, где происходит смещение (до точки излома кривых, приведенных на рис. 8 и 9). Эти участки на кривых гальвано- и термомагнитных эффектов можно искусственно совсем «уничтожить», если создать в ферромагнетике механические деформации, затрудняющие или вовсе исключающие процесс смещения. Такие условия можно обеспечить в поликристаллическом никеле, если его сильно растянуть внешними нагрузками.

Гальвано- и термомагнитные эффекты, так же как и магнитострикция, являются весьма чувствительными индикаторами к распределению I_sобластей и позволяют изучать магнитную структуру ферромагнетиков (35), а также тонкости процессов намагничивания и перемагничивания в них.

В последнее время Киренский с сотрудниками применили измерения гальваномагнитного эффекта для изучения так называемого температурного гистерезиса, который возникает, если ферромагнетик, находящийся в некотором слабом поле, подвергать циклам нагрев — охлаждение. Если в ферромагнетиках при этих циклах не происходит каких-либо структурных превращений, то гистерезис указанных эффектов объясняется процессами технического намагничивания. Это еще одна возможность изучения гистерезиса процессов смещения и вращения в ферромагнетиках.

§ 3 ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ В ОБЛАСТИ ПАРАПРОЦЕССА

В отличие от гальваномагнитных и термомагнитных явлений сопутствующих процессам смещения и вращения и обусловленных магнитными силами решетки, в области парапроцесса (в полях выше технического насыщения и вблизи точки Кюри) эти явления определяются обменными силами.

Если исследованию первых посвящено большое количество работ и здесь к настоящему времени выяснены даже тонкости их поведения в различных металлах и сплавах, то о явлениях в области парапроцесса, данные до последнего времени были скудными. Наиболее подробно исследован в области парапроцесса гальваномагнитный эффект никеля, а также некоторых сплавов. Что касается термомагнитного эффекта, то до сих пор в литературе почти нет указаний о влиянии парапроцесса на это явление. Поэтому ниже приводятся результаты исследований только гальваномагнитного эффекта в области парапроцесса. На рис. 10 приведены кривые продольного гальваномагнитного эффекта сплава 36% Ni, 64% Fe и кривая

Рис. 10. Кривые намагниченности и продольного гальваномагнитного эффекта в сплаве 36% Ni, 64% Fe

намагниченности. Мы видим, что в полях выше технического насыщения, где кривая намагниченности имеет почти полностью горизонтальный ход, обнаруживается уменьшение электрического сопротивления, в то время как в области до технического насыщения оно, наоборот, увеличивалось. Эго уменьшение связано с действием парапроцесса на электроны проводимости металла. На рис. 11 даны результаты измерений продольного и поперечного эффектов для никеля. Видно, что указанное уменьшение сопротивления в области парапроцесса не зависит от направления поля и линейно зависит от него вплоть до 10000 эрстед. Согласно Вонсовскому это уменьшение электросопротивления связано с тем, что при парапроцессе, когда намагниченность I_sприближается к абсолютному насыщению I₀, спиновое поле делается менее интенсивным и столкновения s-электронов с ферромагнонами происходят все реже и реже, в результате чего сопротивление падает.

Экстраполируя на рис. 10 и 11 прямолинейные участки кривых

на ось ординат (с учетом размагничивающего фактора)

Рис. 11. Поперечный и продольный гальваномагнитные эффекты никеля

Можно отделить гальваномагнитный эффект

обусловленный смещением и вращением, от гальваномагнитного эффекта, обусловленного парапроцессом. На рис. 12 показана зависимость величины наклона прямолинейной части кривой гальваномагнитного эффекта в сильных полях (которую мы примем за характеристику гальваномагнитного эффекта в области парапроцесса) в сплавах железо-никель (инварного, состава) в функции процентного содержания никеля. По мере увеличения содержания никеля величина возрастает, достигает максимума при концентрации 36-38% Ni, а затем убывает, в то время как величина в изучаемом интервале концентраций никеля непрерывно возрастает. Необходимо отметить, что максимум аномалий физическихсвойств (в частности, и удельного сопротивления) приходится в системе Fe-Ni на ту же концентрацию никеля. Как для всех четных явлений, величина в области парапроцесса должна линейно зависеть от I²Последнее подтверждается кривыми, приведенными на рис. 13, где данырезультаты измерений в функции I² для сплава 36% Ni,64% Fe при различных температурах. Как видим, выше технического насыщения падает линейно с I² при всех температурах.

Истинной характеристикой всех четных эффектов является намагниченность, поэтому правильным методом исследования гальваномагнитных явлений в области парапроцесса является снятие кривых зависимости гальваномагнитного эффекта от I² (см. рис. 13). Характер же изменения гальваномагнитного эффекта в функции поля можно описать, если известна хотя бы приближенно зависимость намагниченности от поля.